Teemu Saarenmaa Erikoispiirteet elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnittelussa Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Sähkötekniikka Insinöörityö 21.11.2016
Tiivistelmä Tekijä Otsikko Sivumäärä Aika Teemu Saarenmaa Erikoispiirteet elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnittelussa 44 sivua + 1 liite 21.11.2016 Tutkinto Insinööri (AMK) Koulutusohjelma Sähkötekniikka Suuntautumisvaihtoehto Sähkövoimatekniikka Ohjaajat Sähköprojektipäällikkö Jussi Toivonen Lehtori Vesa Sippola Insinöörityö toteutettiin SRV Rakennus Oy:lle, joka kuuluu suomalaiseen rakennusalan pörssiyhtiö SRV Yhtiöt Oyj:öön. Aiheeksi insinöörityöhön valittiin käynnissä olevan projektin pohjalta elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnitteluun liittyvien erikoispiirteiden selvittäminen, joita voidaan käyttää jatkossa hyväksi vastaavien kohteiden suunnittelun ohjauksessa. Työssä perehdyttiin ensin eri elintarvikkeiden tuotantotiloihin ja tuotantoon liittyviin hygieenisiin riskeihin keräämällä tietoa alaan liittyvästä kirjallisuudesta ja European Hygienic Engineering and Designing Group:n ohjeistuksista elintarviketehtaille. Perehtymisen pohjalta voitiin todeta tiloilta vaadittavan äärimmäisen puhtaita ja hygieenisiä olosuhteita varsinkin raakojen elintarvikkeiden käsittelyssä ja toisaalta taas tuotantotilat voivat olla räjähdysvaarallisia tiloja, jos tuotannossa käytetään jauhoja tai muita pölyäviä materiaaleja. Työssä tutkittiin sekä puhtaiden että räjähdysvaarallisten tilojen vaikutuksia eri järjestelmien sähkösuunnitteluun. Tilaajalta saatavat lähtötiedot ovat tärkeimpiä asioita suunnittelun onnistumiselle, jotta jo suunnitteluvaiheessa voidaan huomioida käsiteltävän tuotteen hygieniavaatimukset, käytettävät puhdistusmenetelmät, prosessilaitteiden sijainnit ja tuotantoalueiden olosuhteet. Elintarviketuotantotilat antavat vaatimuksia sähkölaitteille ja asennustarvikkeille, kuten kaapeleille, käsiteltävästä elintarvikkeesta ja sen tuotantotavoista riippuen. Suunnittelussa pitää huomioida laitteiden rakenteelliset ominaisuudet ja kotelointiluokat, niiden sijoituspaikat sekä kemikaalinkestoisuudet. Räjähdysvaarallisissa tiloissa laitevalinta pitää tehdä tilan käyttötarkoituksen mukaan ja virtapiirien suojaukseen pitää valita oikeat suojalaitteet sekä maadoituksien toteutus vaarallisen kipinöinnin estämiseksi. Insinöörityön tuloksena saatiin hyvät lähtövalmiudet elintarviketuotantotilojen sähkösuunnittelussa huomioitaviin asioihin. Avainsanat elintarviketuotantotila, räjähdysvaarallinen tila, puhdastila, sähkösuunnittelu
Abstract Author Title Number of Pages Date Teemu Saarenmaa Special Features of Electrical Design in Food Factories 44 pages + 1 appendix 21 November 2016 Degree Bachelor of Engineering Degree Programme Electrical Engineering Specialisation option Electrical Power Engineering Instructors Jussi Toivonen, Electrical Project Manager Vesa Sippola, Senior Lecturer This Bachelor s thesis was made for SRV Rakennus Oy which is part of a Finnish listed company called SRV Yhtiöt Oyj. The aim of this thesis was to research special features of electrical design in food factories that the company could use in the future. The aim was related to SRV s existing project. First, different kind of food production areas and production hygienic risks were studied by using books and European Hygienic Engineering and Designing Group principles for food factories. As a result of studying food production, it was noticed that the main issue in production areas is good hygienic conditions, especially when handling raw materials. Also, production areas can be explosive atmospheres, if products which apply dust in the air are handled there. This study focuses on clean and explosive areas and how these affect electrical design. It is very important that the customer of the project provides the necessary process information before starting the designing. The needed information could be for example hygienic requirements, used cleaning methods, locations of the process devices and conditions in the production areas. Food factories have requirements for electrical devices and installation materials, for example cables, depending on handled products and handling methods. In electrical design the structures of devices, IP-classifications, locations of the process devices and durability of chemical materials need to be observed. In explosive atmospheres the main points to observe are to choose the correct devices to areas where those are designed to be used, and to choose protection devices and earthing systems which prevent dangerous sparks. This Bachelor s thesis provides good principles for electrical design in food factories. Keywords food factories, explosive atmospheres, clean rooms, electrical design
Sisällys Lyhenteet 1 Johdanto 1 2 SRV Yhtiöt Oyj 2 3 Työn taustoja elintarviketuotannosta 3 3.1 Elintarvikkeiden tuotanto ja valvonta Suomessa 3 3.2 Hygienian tärkeys 3 3.3 Pilaantumisriskit 4 4 Tuotantotilojen osat ja suunnittelu 4 4.1 Puhdastilat 5 4.1.1 Puhdastilat elintarviketeollisuudessa 6 4.1.2 Tilaluokat 7 4.1.3 Tilan rakentaminen 8 4.2 Räjähdysvaaralliset tilat 8 4.2.1 Laiteryhmät ja -luokat 10 4.2.2 Räjähdyssuojausrakenteet 12 4.2.3 Räjähdyssuojausasiakirja 16 4.2.4 Sähkölaitteen valitseminen Ex-tilaan 17 4.3 Tuotantotilojen suunnittelu 19 4.3.1 Laitoksen sijoitus ja ulkotilat 19 4.3.2 Pinnat ja materiaalit 21 4.3.3 Laitteiden hygienia 21 5 Elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnittelu 21 5.1 Laitoksien sähkönjakelu ja varavoiman käyttö 22 5.1.1 Sähköliittymän mitoitus 22 5.1.2 Varavoima tuotantolaitoksessa 23 5.2 Yleiset ohjeet 24 5.2.1 Asennuspaikat 24 5.2.2 Läpiviennit 24 5.2.3 Kotelointiluokat 26
5.3 Kaapelireitit 26 5.3.1 Asennustavat 26 5.3.2 Materiaalit 27 5.3.3 Reittien mitoitus 28 5.4 Kaapelit 28 5.4.1 Kaapelit tuotantotilassa 28 5.4.2 Räjähdysvaarallisista tiloista johtuvat lisävaatimukset kaapeleille 29 5.5 Sähkökeskukset 30 5.6 Sisävalaistus 31 5.7 Ulkovalaistus 33 5.8 Turvavalaistus 34 5.8.1 Riskialttiin työalueen valaistus 34 5.8.2 Valaisimien valinta 35 5.9 Maadoitukset 35 5.9.1 Yleiset maadoitukset 35 5.9.2 Prosessimaadoitukset 36 5.9.3 Maadoitukset ja potentiaalintasaus räjähdysvaarallisissa tiloissa 37 5.10 Prosessilaitteet 38 6 Esimerkkikohde 38 7 Yhteenveto 40 Lähteet 42 Liitteet Liite 1. Räjähdyssuojaustasojen ja -rakenteiden välinen suhde.
Lyhenteet ATEX Atmospheres explosibles. Ranskankielen sanoista tuleva lyhenne, jolla Suomessa usein viitataan räjähdysvaarallisiin tiloihin. EHEDG European Hygienic Engineering and Designin Group. Eurooppalainen yhteenliittymä, johon kuuluu laitevalmistajia, elintarvikkeiden tuottajia ja tutkimuslaitoksia. EPL Equipment protection level. Standardeissa esitetty luokittelu räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettäville laitteille. Ex Explosive, räjähtävä. Käytetään etuliitteenä esimerkiksi laitteessa, joka on tarkoitettu käytettäväksi räjähdysvaarallisessa tilassa (Ex-laite). Exd Ex-tilassa käytettävän laitteen räjähdyspaineen kestävä rakennetyyppi. Exe Ex-tilassa käytettävän laitteen varmennettu rakennetyyppi. Exi Ex-tilassa käytettävän laitteen luonnostaan vaaraton rakennetyyppi. Exm Ex-tilassa käytettävän laitteen massavalurakenteinen rakennetyyppi. Exn Ex-tilassa käytettävän laitteen suojausrakenteinen rakennetyyppi. Exo Ex-tilassa käytettävän laitteen öljytäytteinen rakennetyyppi. Exp Ex-tilassa käytettävän laitteen suojatuuletteinen rakennetyyppi. Exq Ex-tilassa käytettävän laitteen hiekkatäytteinen rakennetyyppi. Exs Ex-tilassa käytettävän laitteen erikoisrakenteinen rakennetyyppi. ExtD Pölyvaaralliseen tilaan soveltuva tiivis rakennetyyppi. GMP Good Manufacturing Practice. Puhdastiloissa lähinnä lääketeollisuuden tuotantotavoille annetut viranomaisvaatimukset.
ISO-luokka Puhdastilat jaetaan standardin mukaan ISO-luokkiin 1-9 ilmassa esiintyvien hiukkaspitoisuuksien mukaan.
1 1 Johdanto Insinöörityössä on tarkoitus perehtyä elintarviketuotantotilojen sähkösuunnittelussa huomioitaviin asioihin sekä käydä ratkaisuja läpi esimerkkikohteessa käytettyjen ratkaisujen avulla. Aluksi perehdytään lyhyesti elintarviketuotantoon ja siihen liittyviin asioihin, kuten hygieniariskeihin ja -vaatimuksiin, joiden vuoksi voidaan eri järjestelmille tarvita erityisratkaisuja. Elintarviketuotantoon liittyviin tiloihin vaikuttavat monet eri tekijät, kuten tilojen vaaditut lämpötilat, tilojen vaaditut puhtaudet sekä tiloissa tuotettavat tuotteet. Esimerkiksi helposti pilaantuvien tuotteiden vuoksi tiloilta vaaditaan erinomaista puhtautta, ja toisaalta tuotannossa saattaa aiheutua pölyä tai siellä voidaan käsitellä kemiallisia aineita, jotka saattavat tehdä tilasta räjähdysvaarallisen. On kuitenkin huomioitava, että tuotannon kaikki tilat eivät välttämättä aseta erityisvaatimuksia sähkösuunnittelulle ja -asennuksille vaan suunnittelussa pitää huomioida jokainen tila sen käyttötarkoituksen ja saatujen lähtötietojen perusteella. Eri elintarvikkeiden ja niiden tuotantotavoista johtuen työssä tutkitaan puhdastilojen, räjähdysvaarallisten tilojen ja elintarvikealan standardeja ja määräyksiä sekä niiden vaikutuksia sähkösuunnitteluun. Lähteinä käytetään myös sähköalan standardeja, aiheeseen liittyvää kirjallisuutta ja alan asiantuntijoiden haastatteluista kerättyjä tietoja. Insinöörityö toteutetaan SRV Rakennus Oy:lle, joka kuuluu suomalaiseen rakennusalan pörssiyhtiö SRV Yhtiöt Oyj:öön. Aiheeseen päädyttiin käynnissä olevan projektin pohjalta, jossa SRV rakentaa HKScan Oyj:lle uutta siipikarjan tuotantolaitosta. Uusi laitos korvaa vanhan tällä hetkellä käytössä olevan tuotantolaitoksen, ja se tulee tehostamaan tuotantoa huomattavasti. Tavoitteena on laatia työ, jota voidaan jatkossa hyödyntää yrityksen vastaavissa projekteissa suunnittelun ohjauksessa ja varsinaisen toteutuksen tukena työmaavalvonnassa. Työssäni ei perehdytä laitoksen prosessilaitteiden toimintaan eikä niiden automaatiojärjestelmiin, koska esimerkkikohteessa SRV:n urakkaan ei sisälly prosessissa käytettäviä laitteita eikä niiden automaatiojärjestelmiä vaan ne ovat tilaajan omia hankintoja. Urakkaan sisältyy kuitenkin sähkönsyöttö prosessilaitekeskuksille ja tämä vaikuttaa laitoksen sähkön jakelun suunnitteluun.
2 2 SRV Yhtiöt Oyj Vuonna 1987 perustettu yhtiö sai nimekseen SRV Viitoset. Yhtiön nimi tulee viidestä perustetusta yhtiöstä ja SRV on lyhenne Suomen Rakennusviennistä. 1990-luvulla yritys perusti yhteisyrityksiä Neuvostoliittoon, Latviaan sekä Turkuun ja Joensuuhun. Uusien yrityksien lisäksi SRV Viitoset teki yritysostoja Suomessa. 2000-luvulla yhtiön toiminta on laajentunut edelleen, ja vuonna 2007 SRV listautui Helsingin pörssiin. Myöhemmin SRV:n aluetoimintojen nimet muuttuivat ja vuonna 2011 SRV toimitila- ja asuntotuotanto yhdistyivät SRV Rakennus Oy:ksi. Nykyään yhtiöön kuuluu myös SRV Infra Oy. (Historia 2016.) SRV on rakennusalalla toimiva konserni, jonka toiminta perustuu liike- ja toimitilojen, asuntojen sekä infrarakentamis- ja logistiikkakohteiden kehittämiseen ja rakentamiseen. Yritys toteuttaa hankkeet hyödyntämällä omaa hankekehitys- ja projektinjohtomalliaan. Emoyhtiö SRV Yhtiöt Oyj:n vastuulla on konsernin taloudelliset ja hallinnolliset tehtävät. (Konsernin rakenne 2016; Vuosikertomus 2015.) Vuonna 2015 SRV:n liikevaihto oli 719,1 miljoonaa euroa (kuva 1), josta Suomen liiketoiminnan osuus oli 91 %. Nykyään yrityksessä työskentelee hieman yli tuhat työntekijää. (Vuosikertomus 2015.) Kuva 1. SRV:n liikevaihto vuosina 2011 2015 (Vuosikertomus 2015).
3 3 Työn taustoja elintarviketuotannosta 3.1 Elintarvikkeiden tuotanto ja valvonta Suomessa Suomessa elintarviketeollisuus jakautuu laajasti ruokien ja juomien tuotantoon perusraaka-aineista pitkälle jalostettuihin valmisteisiin (Elintarviketeollisuus 2016). Tuotettavien elintarvikkeiden on oltava turvallisia, ja tätä varten Suomessa on säädetty elintarvikelaki, jonka on valmistellut maa- ja metsätalousministeriö. Laki antaa perusvaatimukset elintarviketuotannolle edellyttäen muun muassa tuotannon valvomista, todellisten tietojen antamista elintarvikkeista ja elintarvikkeiden jäljitettävyyttä. Lainsäädäntö perustuu pääosin Euroopan unionin yhteiseen lainsäädäntöön. Valvovana viranomaisena toimii Maa- ja metsätalousministeriön hallinnon alla Elintarviketurvallisuusvirasto Evira. Lisäksi valvontaan liittyvää työtä voivat tehdä esimerkiksi ympäristöterveydenhuollon johtajat, kuntien ja kaupunkien lääkärit ja eläinlääkärit. (Elintarviketuotanto 2016; Wirtanen 2006: 36; Korkeala 2007: 446 447.) 3.2 Hygienian tärkeys Elintarvikehygienialla tarkoitetaan välittömiä toimenpiteitä ja edellytyksiä, joiden avulla varmistetaan elintarvikkeen sopiminen ihmisravinnoksi. Terveyteen, puhtauteen ja turvallisuuteen liittyviä toimenpiteitä valvotaan ja ohjeistetaan alkutuotannosta kulutukseen asti. Lain mukaan elintarvikehygieenisiä riskejä sisältävien työtehtävien suorittajan on Suomessa osoitettava hygieniaosaamisensa testillä, jonka osa-alueita ovat muun muassa mikrobiologia, hygieeniset työtavat sekä omavalvonta ja lainsäädäntö. Panostamalla hygieniaosaamiseen voidaan esimerkiksi ruokamyrkytyksien määrää vähentää, koska on arvioitu, että hygieniavaatimusten laiminlyönti aiheuttaa yli puolet niistä. (Elintarvikehygienia 2016.) Kuluttajien vaatimukset valmistettavien tuotteiden laadusta ohjaa tuotantoa kontrolloituihin tiloihin, koska nykyään suositaan tuotteita, joita on prosessoitu mahdollisimman vähän ja samalla halutaan pitkiä säilyvyysaikoja. Prosessoinnin minimoiminen tarkoittaa, että tällaiset tuotteet ovat hyvin herkkiä kontaminaatiolle eli elintarvikkeen saastumiselle, joka voi aiheuttaa terveysriskin kuluttajalle. (Wirtanen 2006: 36.)
4 3.3 Pilaantumisriskit Elintarvikkeiden pilaantumista tutkitaan aistinvaraisin, kemiallisin ja mikrobiologisin menetelmin, joilla arvioidaan elintarvikkeen makuun, hajuun, rakenteeseen ja ulkonäköön epäedullisesti vaikuttavia tekijöitä. Pilaantuminen voi aiheutua useista tekijöistä, kuten mikrobiologisista ja kemiallisista syistä tai valmistukseen kuulumattomista vieraista aineista. Kaikki edellä mainitut tekijät voivat aiheuttaa kontaminaatioriskin tuotteelle. (Korkeala 2007: 177 181; SFS-EN 1672-2 2009: 12.) Mikrobiologisiin syihin kuuluvat esimerkiksi tuholaiset, jotka voivat aiheuttaa vahinkoja tuotteelle tai elintarvikkeeseen kulkeutuneet mikrobit, jotka alkavat kasvaa ja pilaavat tuotteen. Siihen, kuinka nopeasti pilaantuminen tapahtuu, vaikuttavat ympäristön olosuhteet, elintarvikkeen rakenne ja käsittelyssä tapahtuneet virheet, kuten kylmäketjun katkeaminen. Yleisiä kalatuotteen pilaajia ovat maitohappobakteerit, koska bakteerit aiheuttavat maitohappokäymistä. Hiilihydraattipitoiset tuotteet pilaantuvat usein hiivoista johtuvasta käymisestä, jossa hapettomassa tilassa esimerkiksi mehuihin muodostuu alkoholia. Kemiallista pilaantumista tapahtuu esimerkiksi silloin, jos tiloja on puhdistettu sellaisella aineella, mikä käynnistää kemiallisen reaktion tai tuote hapettuu biokemiallisen reaktion käynnistyttyä. Valmistukseen kuulumattomia vieraita aineita voi johtua elintarvikkeeseen esimerkiksi käytettävän koneen osista. (Elintarvikkeiden saastuminen (kontaminaatio) ja pilaantuminen; SFS-EN 1672-2 2009: 12.) 4 Tuotantotilojen osat ja suunnittelu Elintarvikealan tuotantotiloista käytetään usein nimitystä elintarvikehuoneisto. Elintarvikehuoneistoksi katsotaan sisällä tai ulkona oleva tila, jos siellä tapahtuu kaikki elintarvikkeelle tehtävä käsittely. Koko prosessi voi sisältää valmistusta, säilytystä, kuljettamista, tarjoilua, myyntiä tai muuta käsittelyä myytäväksi tarkoitetulle elintarvikkeelle. Alkutuotantopaikka ei sisälly elintarvikehuoneistoihin.
5 Huoneistosta on tehtävä ilmoitus asianomaiselle valvontaviranomaiselle, tai jos tiloissa käsitellään eläimestä saatavaa elintarviketta, on sille haettava hyväksyntä elintarvikelaitokseksi ennen toiminnan aloittamista. (Elintarvikelaki 2006; Elintarvikehygienia-asetus 2011; Elintarvikehuoneistot 2016.) Insinöörityössä esimerkkinä käytetyssä laitoksessa käsitellään siipikarjasta saatavia elintarvikkeita, joten se katsotaan elintarvikelaitokseksi. Euroopan unionin hygieniavaatimukset kaikille elintarvikealan toimijoille vaativat, että tilat on pidettävä puhtaina ja hyvässä kunnossa. Tämä tarkoittaa, että jo suunnitteluvaiheessa on otettava huomioon tilojen hyvät hygieeniset olosuhteet. Tiloissa on oltava riittävä määrä käymälöitä, ilmanvaihtoa, pesualtaita ja valaistusta. (Elintarvikehygieniaasetus 2011.) 4.1 Puhdastilat Puhdastilojen käyttö on lähtenyt lääkintätilojen ja elektroniikkakomponenttien valmistustiloista, jonka jälkeen niitä on alettu hyödyntämään myös elintarviketuotannossa. Elintarviketuotannossa ilman kautta kulkevat partikkelit voivat aiheuttaa tuotteen pilaantumisen ja sitä kautta aiheuttaa vaaraa ihmiselle. Tilojen rakentamisessa ja käyttämisessä pitää huomioida, että ilmassa esiintyvien partikkelien kontrollointi on oltava mahdollista sekä niiden pääsy tilaan ja säilyminen tilassa pystyttävä minimoimaan. Tilan käyttötarkoituksen mukaan voidaan kontrolloida muita olosuhteisiin vaikuttavia tekijöitä, kuten kosteutta, lämpötilaa ja ilmanpainetta. Esimerkiksi valmistustilana puhdastila koostuu huoneen rakenteista, sen ilmanvaihdosta ja tilassa työskentelevän henkilöstön toimintatavoista. (SFS-EN ISO-12644-1 2015: 5 7; Salo 2008.) Puhdastiloille on laadittu kansainväliset GMP-viranomaisvaatimukset, jotka koskevat lähinnä potilasturvallisuuden varmistamista ja lääkkeiden valmistamista määräykset täyttävissä tiloissa. GMP-lyhenne tulee kyseisten viranomaisvaatimusten nimestä Good Manufacturing Practice. Vaatimuksia tarkentavat kansainväliset ISO-puhdastilastandardit, jotka antavat ohjeita tilojen teknisille vaatimuksille ja suoritusarvoille. (Salo 2008.)
6 Tilat jaetaan kolmeen eri olotilaan valmius- ja käyttöasteen mukaan. As built eli rakennusvalmiissa tilassa kaikki käyttöhyödykkeet on asennettu ja ne toimivat, mutta tilaan ei ole vielä tuotu tuotantolaitteita eikä siellä ole henkilöstöä. At rest eli lepotilassa oleva puhdastila on täysin valmis, mutta tilassa ei vielä ole henkilöstöä. Operational eli toiminnassa olevassa puhdastilassa työskennellään ennalta sovitulla tavalla. Olotila vaikuttaa luokituksen määrittelyyn, joka voi muuttua olotilan mukaan. (Tuomi 2012. SFS-EN ISO 14644-1 2015: 9.) 4.1.1 Puhdastilat elintarviketeollisuudessa Elintarviketeollisuudessa puhdastilat sopivat parhaiten niiden tuotteiden valmistukseen, jotka eivät vaadi kuumennusta ennen käyttöä tai valmistusprosesseihin, joissa kuumennuskäsittely aiheuttaisi tuotteelle rakenteellisia muutoksia. Näitä ovat muun muassa leipomot tai lihan tuotannon pakkausvaihe. Erilaisten mikrobien, kuten bakteerien ja hiivaja homeitiöiden, määrät ovat elintarviketeollisuuden puhdastiloissa seurattuja arvoja, koska nämä voivat pilata tuotteen tai muodostaa jopa ihmisen terveydelle vaarallisia myrkkyjä. Pahimpana hiukkaslähteinä elintarviketuotannossa ovat tiloissa työskentelevät ihmiset, sillä ihosta voi irrota päivässä miljoonia 20 40 μm:n kokoisia hilsepartikkeleja. Liikkuminen, kosmetiikka ja korut sekä ihottuma ja tulehtunut iho voi lisätä irtoavien hiukkasten määrää. Näiden vuoksi tuotantotiloissa on käytettävä tarkoitukseen sopivaa vaatetusta. Elintarviketuotantotiloille ei ole asetettu tarkkaa sääntelyä ilmassa olevien hiukkasten lukumäärälle, vaan tilojen toteutustapa määritellään erikseen prosessikohtaisesti valmistustapojen mukaan. Tärkeimpänä on huomioitava prosessin osat, joissa kontaminaatioriski on suurin ja keskitettävä puhdastilaratkaisut tällaisiin paikkoihin. Hyvänä esimerkkinä voi pitää leipälinjaston uunin jälkeistä osioita, jolloin kontaminaatioriskiä voidaan huomattavasti pienentää ennen kuin leipä on paketoitu. (Salo 2008: 26; Wirtanen 2006: 36 37.)
7 4.1.2 Tilaluokat Puhtaiden alueiden ja tilojen ilman hiukkaspitoisuutta valvomalla mahdollistetaan kontaminaatiolle herkkien materiaalien ja tuotteiden valmistaminen. Kansainvälinen ISO-standardisarja 12644 on Suomessakin vahvistettu standardi, joka määrittelee tilaluokat ilmassa olevien hiukkasten perusteella. Lisäksi standardi määrittelee testausmenetelmät ja näytteenottokohtien valinnan. Luokat jaetaan hiukkaskokojen 0,1 μm 5 μm välillä yhdeksään eri luokkaan. Vertailuna tähän sopii esimerkiksi ihmisen hius, joka on kooltaan noin 100 μm. Nämä luokat on esitetty taulukossa 1. Vaikkei elintarviketuotannolle määritellä standardeissa tai laeissa tarkkaa luokkaa, johon pitäisi pyrkiä, niin laitokset käytännössä sijoittuvat taulukon väljempään päähän, kun taas tiukasti valvottuja tiloja ovat esimerkiksi lääkintä- ja elektroniikkakokoonpanotilat. (Salo 2008; SFS-EN ISO 14644-1 2015: 1 3; Tuomi 2012.) Puhdastilojen hiukkaspitoisuuden mukainen luokitus voidaan ilmoittaa joko yhdessä tai useammassa tilan olotilassa. (SFS-EN ISO 14644-1 2015: 10). Taulukko 1. Taulukko 1. Standardin mukaiset ISO-luokat hiukkaspitoisuuden mukaan (SFS-EN ISO14644-1 2015: 11). Elintarviketuotannossa tilojen luokittelussa käytettyjä partikkelimääriä on esitetty taulukossa 2.
8 Taulukko 2. Raja-arvot elintarviketuotantotilan partikkelimäärille (Wirtanen 2006: 37). 4.1.3 Tilan rakentaminen Usein puhdastilat sijaitsevat rakennuksen sisällä tietyllä alueella ja siksi suunnitelmat on oltava valmiina jo hyvissä ajoin, jotta tarvittava talotekniikka voidaan rakentaa valmiiksi. Puhdastila voidaan rakentaa työmaalla tai se voidaan tuoda paikalle valmiiksi kasattuna moduulina. Tila on pyrittävä rakentamaan suunnitelmien mukaisesti ja puhtauteen on kiinnitettävä erityistä huomiota jo rakentamisen aikana. Turhaa kulkua puhtaan ja likaisen tilan on vältettävä. (SFS-EN ISO 14644-4 2001: 18; Whyte 2001: 95.) Rakentamisessa tulee huomioida, että käytettyjen elementtien, ovien ja ikkunoiden saumat tehdään niin tiiviiksi, ettei ilma pääse vuotamaan näiden kautta, koska vuotaminen vaikuttaa tilan ilmanpaineeseen. Kattoon asennettava talotekniikka suositellaan integroitavan kattoon. (Whyte 2001: 98 100.) 4.2 Räjähdysvaaralliset tilat Jos tilassa tai sen osassa käytetään tai säilytetään materiaaleja, joista voi syntyä ilman kanssa sekoittuneena räjähdyskelpoinen seos, niin tällaista tilaa kutsutaan räjähdysvaaralliseksi tilaksi eli Ex-tilaksi. Näitä materiaaleja ovat palavat kaasut, palavan nesteen höyryt ja palava pöly. Työntekijöiden terveyden ja yleisen turvallisuuden takaamiseksi
9 Suomessa räjähdysvaarallisissa tiloissa työskentelyä, tilojen käyttöä ja tiloissa käytettäviä laitteita valvovat viranomaiset kuten turvatekniikan keskus Tukes sekä työsuojelu- ja pelastusviranomaiset. (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 3.) Euroopan yhteisön ATEX-direktiivit (laite ja työolosuhde) on saatettu voimaan Suomessa vuonna 2003 ja niiden tarkoituksena on yhtenäistää EU:n jäsenvaltioiden räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuusvaatimuksia sekä laitteiden vapaata kauppaa. Laitedirektiivi koskee laitteiden ja suojausjärjestelmien markkinoille saattajia eli käytännössä valmistajia ja myyjiä. Olosuhdedirektiivi koskee sellaisia tuotantolaitoksia ja työpaikkoja, joissa räjähdyskelpoinen ilmaseos saattaa aiheuttaa räjähdyksen. (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 3 5.) Räjähdysvaaralliset tilat jaetaan kuuteen tilaluokkaan kaasu- ja pölyräjähdysvaarojen mukaan. Kaasuräjähdysvaarallisten tilojen tunnukset ovat 0, 1 ja 2 sekä pölyräjähdysvaarallisten tilojen tunnuksia ovat 20, 21 ja 22. Luokkien eroina ovat sallitut räjähdyskelpoisen ilmaseoksen esiintymistaajuudet ja kestoajat. Erittäin korkean turvallisuustason luokan laitteita käytetään tiloissa, joissa räjähdyskelpoista ilmaseosta esiintyy jatkuvasti tai usein (tunnus 0), korkean tason luokan laitteita silloin, kun seoksen esiintyminen on normaalissa käytössä todennäköistä (tunnus 1) sekä normaalin tason luokan laitteita, kun seoksen esiintyminen on epätodennäköistä tai lyhytaikaista (tunnus 2). (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 11; SFS-EN 60079 14 2009: 18, 22.) Tilaluokkia kuvaavat merkintätavat on esitetty kuvassa 2. Kuva 2. Tilaluokkien merkintätavat (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 4).
10 Elintarvike- ja rehuteollisuuden lisäksi Ex-tiloja on muun muassa kemianteollisuudessa, energiantuotannossa sekä palavien nesteiden tai kaasujen valmistuksessa, varastoinnissa ja käsittelyssä. Elintarviketeollisuudessa esimerkiksi viljojen kuljetuksesta aiheutuva pöly saattaa synnyttää räjähdysvaaran staattisen sähkön vaikutuksesta. (Lähde 2003: 29; ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 5.) 4.2.1 Laiteryhmät ja -luokat Räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettäväksi tarkoitetuille sähkölaitteille ja -komponenteille määritellyt vaatimukset tulee täyttää, jotta niitä voidaan myydä ja valmistaa. Näitä vaatimuksia ovat - laiteryhmä- ja -luokkakohtaiset vaatimukset ja niitä kuvaavat merkinnät - vaatimustenmukaisuuden arviointi - EY-vaatimustenmukaisuusvakuutus - CE- ja Ex-merkintä. Laitteet jaetaan niiden käyttökohteen ja turvallisuuden perusteella laiteryhmiin ja -luokkiin. Ryhmiä on kaksi ja niitä merkitään tunnuksilla I, II (kaasut) ja III (pölyt). Laitteen merkintään voidaan näiden merkintöjen lisäksi vielä merkitä palavan aineen, Ex-rakenteen sekä lämpötilaluokan tunnukset (kuva 3). Laiteluokan valinta tehdään ennalta määritellyn tilaluokan perusteella. CE-merkinnän kiinnittämiseksi laitteeseen ja vaatimustenmukaisuuden osoittamiseksi on eri laiteluokilla erilaiset vaatimukset laitteen valmistajalle tai markkinoille saattajalle ja nämä menettelyt löytyvät tarkemmin laitesäädöksistä. Jotkin arvioinnin menettelytavat vaativat viranomaiselta toimintaoikeuden saaneen laitoksen mukana olon vaatimuksien osoittamisen selvittämiseksi. Esimerkiksi Suomessa sähkölaitteiden osalta tällaisena laitoksena toimii VTT Expert Services. I-ryhmään kuuluvat laitteet, joiden käyttötarkoitus on kaivoksissa ja niiden maanpäällisissä osissa, joissa räjähdysvaara perustuu kaivoskaasuun eli metaaniin ja/tai pölyyn. Tämän ryhmän laitteiden luokka on joko M1 tai M2 eli erittäin korkea tai korkea turvallisuustaso. M1-luokan laitteet ovat suojattu niin, että niitä voi käyttää räjähdyskelpoisessa ilmaseoksessa ja niiden on säilytettävä toimintakykynsä laitteen häiriötilanteessa yhden
11 vian sattuessa toisella tavalla tai kahden vian sattuessa varmistettava vaadittu turvallisuustaso. M2-luokan laitteet tulee kytkeä jännitteettömäksi räjähdyskelpoisen ilmaseoksen esiintyessä ja niiden suojaus on suunniteltava niin, että ne kestävät vaativissa käyttökohteissa ja muuttuvia ympäristöolosuhteita. Toiseen, eli ryhmään II, kuuluvat kaikissa muissa räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettävät laitteet niin, että kaasuille ja höyryille alttiille räjähdysvaarallisiin tiloihin tarkoitetuille sähkölaitteille käytetään merkintää II ja varsinkin räjähdysryhmiä määriteltäessä pölyille alttiisiin tiloihin tarkoitetuille sähkölaitteille käytetään merkintää III. Nämä laitteet jaetaan luokkiin 1, 2 ja 3, jotka tarkoittavat erittäin korkeaa, korkeaa ja normaalia turvallisuustasoa. 1. luokan laitteita käytetään tiloissa, joissa kaasusta, höyrystä tai pölystä aiheutuva räjähdyskelpoinen seos esiintyy jatkuvasti (tilaluokka 20 kaasut, 0 pölyt). Tämän luokan laitteiden suojaukselle pätee samat vaatimukset kuin M1-luokan laitteille. 2. luokan laitteita käytetään, kun seoksien esiintyminen on todennäköistä (tilaluokka 21 kaasut, 1 pölyt) ja niiden tulee säilyttää vaadittu turvallisuustaso myös ennakoitavissa olevien häiriöiden ja vikojen aikana. Luokan 3 laitteita käytetään tilaluokissa 22 sekä 2 ja niiden on toimittava turvallisuustason mukaan normaalitilanteessa. (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 11; SFS Käsikirja 604-1 2010: 6 7.) Kaasut/höyryt ja pölyt jaetaan räjähdysvaarallisissa tiloissa räjähdysryhmiin. Räjähdysryhmiä kuvataan kaasuilla tunnuksilla IIA, IIB ja IIC sekä pölyillä tunnuksilla IIIA, IIIB ja IIIC. Kaasuilla nämä ryhmät tarkoittavat syttymisvirtaa ja kykyä levittää räjähdystä laitteen kotelon raon kautta. Pölyillä lisäkirjain määräytyy pölykerroksen mukaan siten, että IIIA-ryhmä tarkoittaa palavia hahtuvia, IIIB eristävää pölyä sekä IIIC johtavaa pölyä. (SFS-Käsikirja 604-1 2010: 123; Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 3.) Esimerkki laitemerkinnästä: Kuva 3. Esimerkki sähkölaitteen laitemerkinnästä (Lisätietoa ATEX-laitedirektiivistä 2016).
12 4.2.2 Räjähdyssuojausrakenteet Räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettävillä laitteilla on oltava määriteltynä räjähdyssuojausrakenne. Rakenteella varmistetaan, ettei laite aiheuta kipinöintiä tai niin korkeaa lämpötilaa, että siitä voisi aiheutua vaaraa. Suojausrakenteen tunnuksessa Ex-alkuliitteen perään liitetään rakenteen tunnus. Varmennettua rakennetta (kuva 4) kuvataan tunnuksella e. Tällä tunnuksella merkitty sähkölaite ei saa normaalissa käytössä aiheuttaa kipinöintiä, valokaaria tai kuumentua niin, että siitä voisi aiheutua räjähdyskelpoisen seoksen syttyminen. Rakenteellisin ratkaisun estetyn kipinöinnin vuoksi Exe-luokiteltuja laitteita ei jaeta erikseen A-, B- tai C- räjähdysryhmiin. Tällaista rakennetta käytetään usein esimerkiksi valaisimissa ja oikosulkumoottoreissa. (SFS-EN 60079-14 2009: 18; Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 6.) Kuva 4. Periaate varmennetusta rakenteesta (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 6). i -merkitty rakenne tarkoittaa luonnostaan vaaratonta (kuva 5). Tämä tarkoittaa sitä, että virtapiirin energiaa rajoitetaan arvoon, joka ei kykene sytyttämään räjähdyskelpoista seosta. Tämä vaatimus koskee sekä laitteen normaalia käyttöä, että vikatilanteita räjähdysvaarallisella alueella ja laitteeseen liittyviä kaapeleita ja liitäntälaitteita, vaikka ne eivät sijaitsisi vaarallisella alueella. Myöskään myöhemmin tehdyt asennukset eivät saa heikentää rakennetta. Laitteen erottaminen syötöstä tehdään yleensä käyttämällä Zenerbarrieria tai galvaanista erotusta. Luonnostaan vaarattomat laitteet jaetaan A-, B- ja C-räjähdysryhmiin sallitun kipinän mukaan, joista C-ryhmä sallii pienimmän energian. Tälle rakenteelle on mahdollisesti annettu lisätunnus Exia tai Exib sen mukaan, kestääkö
13 laite kaksi vai yhden vian aiheuttamatta vaaraa. Tämä rakennetyyppi soveltuu hyvin esimerkiksi instrumentointilaitteisiin. (SFS-EN 60079-14 2009: 19; Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 6.) Kuva 5. Periaate luonnostaan vaarattomasta rakenteesta (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7). Räjähdyspaineen kestävän rakenteen (kuva 6) tunnus on d. Tämä rakenne sallii laitteen sisältävän kuumia tai kipinöiviä osia, joista voi aiheutua räjähdys. Räjähdyskelpoinen ilmaseos voi päästä laitteen sisään, mutta siitä aiheutuva räjähdys ei saa levitä laitteen ulkopuolelle. Tällaisessa laitteessa purkaus puretaan usein kotelon saumojen kautta, joissa kaasut jäähtyvät ja sammuvat. Laitteen tulee kestää useita sisäisiä räjähdyksiä. Laitteet jaetaan räjähdysryhmiin A, B ja C, joissa C-ryhmän laitteissa on pienimmät raot purkaussaumoissa. Rakennetta voidaan käyttää esimerkiksi kytkimissä, valaisimissa ja lämmityslaitteissa, mutta usein kotelon kustannukset ovat kalliit verrattuna muihin rakennevaihtoehtoihin. (SFS-EN 60079-14 2009: 18; Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 5 6.) Kuva 6. Periaate räjähdyspaineen kestävästä rakenteesta (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 6).
14 Öljytäytteisessä rakenteessa o laitteessa mahdollisesti kipinöivät tai kuumenevat osat ovat tähän tarkoitukseen sopivassa öljyssä (kuva 7). Tällaisen laitteen kytkentäkotelon rakenne on yleensä varmennettua rakennetta e. Tämä rakennetyyppi soveltuu muuntajille. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7.) Kuva 7. Periaate öljy- tai hiekkatäytteisestä rakenteesta (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7). Vastaavalla tavalla suojaus toteutetaan hiekkatäyteisessä rakenteessa q, jossa öljyn sijasta käytetään hiekkaa. Rakennetta käytetään esimerkiksi sulakkeissa. Laite voi olla suojattu suojatuuletteisella rakenteella p (kuva 8). Tällä rakenteella sallitaan normaalikäytössä kipinöinti tai kuumentuminen sytyttäen räjähdyskelpoisen ilmaseoksen. Erona esimerkiksi räjähdyspaineen kestävään rakenteeseen on se, että tässä ilmaseosta ei päästetä laitteen sisään ylipaineen avulla. Rakennetyyppi vaatii joko ylipaineen tai kaasun virtauksen valvonnan sen mukaan, käytetäänkö dynaamista vai staattista tuuletusta. Dynaamisessa suojatuuletuksessa puhdasta ilmaa kulkee koko ajan laitteen läpi ja staattisessa suojatuuletuksessa laitteesta vuotava ilma korvataan. Käytettävällä valvonnalla varmistetaan, että ennen jännitteen kytkemistä arvot ovat alle alimman räjähdysrajan. Tätä rakennetta ei jaeta räjähdysryhmiin. Rakenne soveltuu moottori- ja ohjauskaapelikäyttöön sekä joissain tapauksissa esimerkiksi näytteenottolaitteille. Näytteenottolaitteen tapauksessa ei saa ylittää 25 %:a alimmasta räjähdysrajasta. Myös kokonainen huone voi olla suojatuuletteinen. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7.)
15 Kuva 8. Periaate suojatuuletteisesta rakenteesta. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7). Muita rakennetyyppejä ovat massavalurakenne m (kuva 9), suojausrakenne n ja erikoisrakenne s sekä pölyräjähdysvaaralliseen tilaan soveltuva tiivis rakenne td (kuva 10). Kuva 9. Periaate massavalurakenteesta. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 8). Kuva 10. Periaate tiiviistä rakenteesta. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 8).
16 Massavalurakenteisen laitteen mahdollisesti kuumentuvat tai kipinöivät osat on valettu massaan, joka estää syttymisen. Rakennetta saatetaan käyttää esimerkiksi elektroniikan komponenteissa. Rakennetta ei jaeta räjähdysryhmiin. Suojausrakenne on tilaluokkaan 2 tarkoitetuille laitteille eli laitteille, jotka ovat normaalikäytössä turvallisia. Erikoisrakenne voi poiketa muista standardirakenteista valmistajan suunnittelemalla tavalla, mutta sillä on oltava testauslaitoksen hyväksyntä, kuten muillakin laitteilla. Testauslaitokselta on saatava myös räjähdysryhmä ja pintalämpötilamerkinnät. Tiiviissä rakenteessa estetään pölyn pääsy syttymislähteeseen kotelon rakenteen avulla. (Sähköasennukset räjähdysvaarallisissa tiloissa 2014: 7 8.) Lisäksi standardissa SFS-EN 60079-14 on annettu yksityiskohtaisia lisävaatimuksia suojausrakenteille. 4.2.3 Räjähdyssuojausasiakirja Ennen laitoksen käyttöönottoa tulee työnantajan/hankkeen tilaajan laatia räjähdyssuojausasiakirja (RS-asiakirja) räjähdysvaarojen selvittämisen ja niiden merkityksien arvioinnin perusteella. Selvityksissä tutkitaan räjähdyskelpoisten seosten esiintymistä, niiden kestoa, otetaan huomioon tilassa käytetyt laitteet, aineet ja prosessit sekä ennakkoon arvioitavissa olevien vaikutusten laajuus. Räjähdyssuojausasiakirjassa esitetään arvioidut vaarat ja niitä varten laaditut toimenpiteet ja niiden toteuttaminen määräyksien tavoitteiden saavuttamiseksi sekä vastuussa olevat henkilöt. Asiakirjassa on myös esitettävä tilojen luokittelu ja turvallisuuden takaaminen suunnittelemalla työpaikka sekä käyttämällä ja huoltamalla työvälineitä ja varoituslaitteita oikein. Tämä tarkoittaa, että mahdollisena syttymislähteenä toimivat laitteet ja välineet luetteloidaan asiakirjaan. Asiakirjaan liitetään tilojen pohjapiirustukset poistumisteineen sekä ilmanvaihtosuunnitelma. Räjähdyssuojausasiakirjaa on päivitettävä ja pidettävä ajan tasalla, jos työskentelymenetelmät, -tilat tai -välineet muuttuvat. (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 9 19; SFS Käsikirja 604-1 2014: 11; Valtioneuvoston asetus räjähdyskelpoisten ilmaseosten työntekijöille aiheuttaman vaaran torjunnasta 2003.) Räjähdyssuojausasiakirjaa laatiessa voidaan vaikuttaa tilaluokkiin lieventävästi esimerkiksi osoittamalla laskelmilla, että akkutilan ilmanvaihtoa on tehostettu ja koko tilan ei
17 tarvitse olla räjähdysvaarallinen. Tällaisessa tilassa voi kuitenkin olla räjähdysvaarallisia alueita ja ilmanvaihdossa käytetään Ex-puhaltimia. Räjähdyssuojausasiakirjassa esitetään minkälaisen räjähdysvaarallisen alueen puhallin muodostaa päätelaitteiden ympärille sisällä ja ulkona. Jos tälle alueelle sijoitetaan sähkölaitteita, kuten puhaltimien turvakytkimiä, niin ne tulee olla Ex-tyyppihyväksyttyjä. 4.2.4 Sähkölaitteen valitseminen Ex-tilaan Laite voidaan valita, kun tilasta tiedetään seuraavat tiedot: - tilaluokitus - kaasun, höyryn tai pölyn luokitus tilan käyttötarkoituksen mukaan - lämpötilaluokka ja kaasun tai höyryn syttymislämpötila - minimisyttymislämpötila pölylle ja pölykerrokselle sekä minimisyttymisenergia - sähkölaitteille vaadittu räjähdysryhmä - ympäristön lämpötila. On suositeltavaa kirjata laitteiden räjähdyssuojausvaatimukset tilaluokituspiirustuksiin laitevalinnan helpottamiseksi. Taulukossa 3 on esitetty, miten laitevalinnan voi tehdä räjähdyssuojaustason perusteella, jos vain tilaluokat on esitetty. Taulukossa luokat 0 2 ovat kaasuräjähdysvaarallisia (G) ja 20 22 pölyräjähdysvaarallisia (D). Lisäkirjaimet a-c tarkoittavat laitteen suojaustasoa, joista a tarkoittaa hyvin korkeaa tasoa, b korkeaa ja c korotettua suojaustasoa. Eri räjähdyssuojaustasojen ja räjähdyssuojausrakenteiden väliset suhteet on esitetty liitteen 1 taulukossa. (SFS-EN 60079-14 2009: 25 26.)
18 Taulukko 3. Räjähdyssuojaustasot (EPL) kun vain tilaluokat on esitetty (SFS-EN 60079-14 2009: 25). Taulukossa 4 on esitetty, miten laitteen voi valita räjähdysryhmän ja laiteryhmän välisillä sopivuuksilla. Taulukko 4. Yhteensopivuudet räjähdysryhmän ja laiteluokan mukaan (SFS-EN 60079-14 2009: 27). Laitevalinnan voi tehdä myös lämpötilan perusteella. Tällä tavalla tehtävässä laitevalinnassa on katsottava, ettei laite saa olla pinnaltaan niin lämmin, että se voisi aiheuttaa kaasun tai pölyn syttymisen. Laitteille on määritelty niille sallitut käyttölämpötilat ja mikäli laitetta joudutaan käyttämään tämän alueen ulkopuolella esimerkiksi ympäristöstä johtuvista syistä, on aihe käsiteltävä tapauskohtaisesti. Taulukossa 5 on esitetty lämpötilojen välisiä yhteyksiä, mutta tarkempia laskukaavoja ja kuvaajia löytyy standardista SFS-EN 60079-14. (SFS-EN 60079-14 2009: 28 31.)
19 Taulukko 5. Yhteensopivuudet eri lämpötilojen välillä (SFS-EN 60079-14 2009: 28). Ex-tiloissa käytettäviin laitteisiin kuuluu myös niiden räjähdyssuojauksen kannalta oleelliset turva- ja ohjauslaitteet, jotka saattavat sijaita tilan ulkopuolella. Tällainen laite voi olla esimerkiksi räjähdysvaarallisen tilan ulkopuolella sijaitsevan kiinteistön jakokeskuksessa oleva räjähdysvaarallisessa tilassa käytettävän moottorin ohjauslaite. Muita laitevalinnassa huomioitavia asioita ovat muun muassa, voiko laitteesta mahdollisesti syntyä kipinöintiä, voiko siihen varautua staattinen sähkövaraus, voiko se aiheuttaa ionisoivaa säteilyä, ultraääniä, adiabaattista puristusta, paineiskuja tai sähkömagneettisia aaltoja. (ATEX Räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuus 2015: 5; 10.) Paras vaihtoehto olisi mielestäni pyrkiä sijoittamaan kaikki mahdolliset laitteet räjähdysvaarallisen tilan ulkopuolelle, ja jos siihen on jokin este, niin suunnitella niiden paikat vähiten vaarallisille alueille. Ex-tiloissa työskentelevän henkilön on huomioitava kannettavien laitteiden, kuten kännykän, mittareiden tai patterilla toimivan kellon, vieminen räjähdysvaarallisiin tiloihin, koska nykyään standardit antavat vaatimuksia näiden käytölle räjähdysvaarallisissa tiloissa. 4.3 Tuotantotilojen suunnittelu 4.3.1 Laitoksen sijoitus ja ulkotilat Hyvien hygieenisten olosuhteiden luomiseksi pitää myös laitoksen sijoitteluun ja ulkopuolisiin alueisiin kiinnittää huomioita. Ulkoalueiden suunnittelussa on myös sähkösuunnittelussa huomioitavia normaalista poikkeavia asioita.
20 Ensinnäkin laitokset pyritään sijoittamaan niin, ettei lähellä ole kaatopaikkoja, maatiloja, jokia tai ilmaperäisen kontaminaation lähdettä, ja lastausalueet sijoitetaan niin, että yleisin tuulen suunta ei ole niitä kohti. Piha-alueet aidataan, jotta voidaan estää alueelle kuulumattomien henkilöiden pääsy alueelle. Piha-alueilla käytetään asfalttia tai kivetyksiä ja nurmikkoa pölyhaittojen minimoimiseksi niin, että kuitenkaan 90 cm lähempänä rakennuksen reunaa ei saa kasvaa nurmikkoa tai muuta kasvillisuutta. Syöksytorvet, ikkunalaudat ja muut pinnat rakennetaan niin, että linnut eivät pääse käyttämään niitä pesäpaikkoina. Perustukset voidaan tehdä normaalia syvemmälle ja varustaa lisäsuojauksella, joka estää eläinten, kuten rottien kaivautumisen rakennukseen. (EHEDG 2014: 21; Korkeala 2007: 356 357.) Näiden ohjeiden pohjalta voidaan todeta, ettei ulkovalaisimia voida sijoittaa lähelle rakennuksen ulko-ovia, jotta vähennetään mahdollisten hyönteisten pääsyä sisätiloihin. Syöksytorvien rakenne saattaa estää perinteisen lämmityskaapelin asennuksen torviin ja näiden sulatukselle pitää miettiä vaihtoehtoinen toteutustapa. Myös rakennuksesta ulostulevien kaapeleiden tai kaapeliputkien läpivientien paikat ja asennustapa on mietittävä tarkkaan, ettei niiden kautta kulkeudu mitään rakennuksen sisätiloihin. Putket on hyvä tiivistää esimerkiksi teräsvillalla, joka estää jyrsijöitä kulkemasta niitä pitkin. Kuvassa 11 on esitetty yksi toteutustapa kaapeliputken asennukselle. Kuva 11. Esimerkki kaapeliputken asennustavasta (EHEDG 2014: 43).
21 4.3.2 Pinnat ja materiaalit Sisätiloissa käytetyissä materiaaleissa tulee huomioida niiden puhdistettavuus ja ne eivät saa sisältää myrkyllisiä aineita. Tuotannosta riippuen materiaalit saattavat altistua kemikaaleille, kylmille ja kuumille lämpötiloille, mekaaniselle rasitukselle tai kosteudelle. Koska käytetyistä materiaaleista ei saa joutua tuotteisiin mitään, tulisi esimerkiksi valaisimet ja valonlähteet varustaa sirpalesuojilla. Materiaaleissa ja tuotteissa tulee välttää vaakasuoria likaa kerääviä pintoja, saumojen on oltava tiiviitä ja kulmien pyöreitä. Pintojen sileys on yksi tärkeä tekijä välttämään haitallisten aineiden tai bakteerien kerääntyminen. (Korkeala 2007: 356.) 4.3.3 Laitteiden hygienia Tuotantolaitoksissa on suunnitteluvaiheessa osattava arvioida tiloihin sijoitettavien laitteiden koot, jotta niille voidaan varata riittävästi tilaa. Ahtaaseen tilaan sijoitettu laite on vaikeasti puhdistettavissa ja se voi aiheuttaa kontaminaatioriskin. Sijoittelussa tulisi välttää laitteiden paikkoja kiinni katossa, seinässä tai toisessa laitteessa. Esimerkiksi kuljetinradat sijoitetaan yleensä tällaisiin paikkoihin, mikä vaikeuttaa niiden puhtaana pitämistä ja sen seuraamista. Oikeanlaisella suunnittelulla laitteista saadaan tuotannolle turvallisia varmistamalla rakenteen ja materiaalien sopivuus kyseiselle tuotannolle ja puhdistukselle. Esimerkiksi sähköliitännät eivät saa heikentää näitä rakenteita. (Korkeala 2007: 360 362; SFS-EN 1672-2.) Parhaaseen lopputulokseen laitehygienian kannalta päästään, jos koko prosessin tarvitsemat laitteet ja niiden koot ovat selvillä jo siinä vaiheessa, kun tiloja aletaan suunnitella. 5 Elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnittelu Elintarviketuotantolaitoksen sähkösuunnittelu vaatii suunnittelijalta paljon tietotaitoa eri järjestelmistä sekä huomattavan määrän yhteistyötä prosessin laitevalmistajien ja muiden suunnittelualojen kanssa. Hyvällä yhteistyöllä voidaan varmistua sähkötehon tarpeista ja sähkön jakelun sopivuudesta eri laitteille. Suunnittelijan tehtävälaajuudet määräytyvät aina projektin sopimuksien mukaan, mutta esimerkkikohteessa sähkösuunnit-
22 telu jakautuu kokonaisuudessaan kolmeen osaan. Suunnittelun osat ovat kiinteistösähköjen suunnittelu, kylmälaitteiden sähkösuunnittelu sekä prosessin sähkö- ja automaatiosuunnittelu. 5.1 Laitoksien sähkönjakelu ja varavoiman käyttö Suomessa sähkönsaanti elintarvikelaitoksille pyritään toteuttamaan syöttämällä tuotantolaitoksia ainakin kahden muuntopiirin kautta, jottei vika tai häiriö yhdessä muuntopiirissä vielä aiheuta katkoksia tuotantoon. Tuotantolaitokset voidaan myös varustaa omalla varavoimalaitteistolla, joka riittää laitoksen alasajoon tai vähäiseen tuotantoon. (Elintarvikehuolto 2016.) Jos laitokset saavat sähkönsyöttönsä eri muuntopiireistä ja tämän johdosta kaapelitkin tulevat todennäköisesti eri suunnista, niin kannattaa myös muuntamoita olla useampia riippuen laitoksen koosta ja kokonaissähkötehon tarpeesta. Muuntamoille on hyvä varata tilaa laitoksen eri osista, koska näin saadaan suurien kaapeleiden pituudet pysymään kohtuullisina, mikä on teknisesti ja taloudellisesti kannattavaa sekä helpottaa mahdollista laajentamista tulevaisuudessa. Useampaa muuntamoa käytettäessä kannattaa laitoksen sisälle suunnitella rengassyöttö automaattisella syötönvaihdolla, jotta yhden kaapelin vioittuessa laitos pysyy kokonaisuudessaan toimintakuntoisena. Elintarvikealan yrityksiä on sitoutunut yhteistoimintaan, jolla on tarkoitus sähkön puuttuessa tai sen vähyyden aikana varmistamaan elintarvikkeiden saatavuus koko maassa. Nykyään tuotantolaitokset voivat osallistua omalla sähkön pientuotannolla Suomen kantaverkon kysyntäjoustoon, joka tarkoittaa sähkön tarpeen siirtoa kalliilta ja korkean kulutuksen hetkiltä edullisemman ja matalamman kulutuksen ajalle. (Elintarvikehuolto 2016; Kysyntäjousto 2016.) 5.1.1 Sähköliittymän mitoitus Jotta laitoksen sähkötehon kokonaistarve voidaan mitoittaa, tulee suunnittelijalle toimittaa hyvissä ajoin arvio prosessin ja laitteiden vaatimista sähkötehoista. Näiden perusteella voidaan myös arvioida muun muassa kompensoinnin tai yliaaltosuodattimien tarvetta. Suunnittelijan tehtäviin kuuluu laskea ja arvioida lvi-laitteiden, valaistuksen ja mui-
23 den kuormien tarvitsemat sähkötehot kuten missä tahansa kohteessa. Laitoksen kokonaissähkötehoon vaikuttaa myös se, että minkälainen laajennusvara tulevaisuutta varten mitoitetaan. Laajennusvara määritellään yleensä sopimusvaiheessa, ja se voi vaihdella tilaajan tarpeiden ja tulevaisuuden suunnitelmien mukaisesti, mutta hyvänä arviona voi pitää 30 %:a. 5.1.2 Varavoima tuotantolaitoksessa Jos laitos varustetaan varavoimalla, niin myös sen mitoitukseen tarvitaan lähtötiedot varavoimaan kytkettävistä järjestelmistä ja tarvittavasta toiminta-ajasta. Esimerkkilaitoksessa kohteen varavoimaan tulee kytkeä ilmanvaihto laitoksen osalta, jossa on eläviä lintuja. Tämä vaatimus tulee Euroopan unionin asetuksesta tuotantoeläinten lopetukselle, jonka mukaan eläinten hyvinvointi tulee varmistaa riittävällä ilmanvaihdolla myös häiriötilanteessa. Jos savunpoisto- tai sprinklerijärjestelmä kytketään varavoimaan, tulee esimerkiksi varavoiman toiminta-ajalle vaatimuksia lakien mukaan 8 tunnista 72 tuntiin riippuen järjestelmän toteutustavasta. Varavoimageneraattoreiden käyttö on nykypäivänä jopa kannattavaa, koska ne voidaan yhdistää kantaverkon kysyntäjoustoon ja niitä voidaan käyttää korkean kulutuksen tai kalliin sähkön aikana pienentämään tuotantolaitoksen sähkön tarvetta. Tällaisia investointeja tarvitaan yrityksiltä lisää tulevaisuudessa, jotta joustamattoman kuten uusiutuvan energian lisääntyessä pystytään sähkön käyttöä edelleen tasoittamaan. Kantaverkkoyhtiö Fingrid:llä onkin jo suurien puunjalostus-, metalli- ja kemianteollisuusyritysten kanssa sopimuksia taajuusohjattuna ja nopeana häiriöreservinä toimivista irtikytkettävistä kuormista. Elintarviketeollisuuden osuus Suomessa teollisuuden käyttämästä sähkötehosta on noin 3 % ja suurin osa sähköstä kuluu jäähdytykseen ja pakastukseen. Jäähdytyslaitteiden säädettävyyden vuoksi elintarvikelaitokset voisivat sopia taajuusohjattuun käyttöreserviin, jossa varavoimageneraattoria käytettäisiin sähkön tuottamiseen, kun kantaverkon taajuus poikkeaa yli 3 minuutin ajan väliltä 49,95 50,05 Hz:ä. (Kysyntäjousto 2016; Sähkön kysyntäjoustopotentiaalin kartoitus Suomessa 2014.)
24 5.2 Yleiset ohjeet 5.2.1 Asennuspaikat Koska hyvät hygieeniset olosuhteet ovat tärkeimpiä tekijöitä elintarviketuotannossa, on asennusten sijoitteluun kiinnitettävä erityistä huomiota. Tästä syystä esimerkiksi putkien ja kaapelihyllyjen pitäisi kulkea tuotantotilasta erotetulla alueella, josta tarvittavat haarat voidaan tuoda katon tai seinän läpi suoraan tuotantotilaan. Mikäli taloteknisten järjestelmien reittejä pitää toteuttaa tuotantotiloissa, niin ne suositellaan asennettavaksi seinälle tai pylväisiin mahdollisimman lähelle kattoa. Tuotantotiloissa sijaitsevien reittien suunnittelussa on huomioitava hygieniavaatimukset välttämällä vaakasuoria ja muita vastaavia pintoja, jottei lika pääse kerääntymään tällaisiin vaikeasti puhdistettaviin paikkoihin. (EHEDG 2014: 113.) 5.2.2 Läpiviennit Seuraavissa kuvissa (kuvat 12 14) on esitetty malleja oikeanlaisten läpivientien tekemiseksi tuotantotiloissa. Käyttämällä oikeanlaista tapaa läpivientien tiivistyksessä vältetään epäpuhtauksien kertyminen tuotantotiloihin ja niiden välittyminen kerroksien tai tilojen välillä. Jos sähköhylly kulkee paloalueen rajalla seinän läpi, tulee se katkaista ja kiinnittää 50 300 mm päästä seinän molemmilta puolilta. Kuva 12. Esimerkki putken läpiviennistä seinässä (EHEDG 2014: 114).
25 Lattian kautta tulevaan läpivientiin pitää asentaa kaulukset kuvan 13 mukaisesti. Kuva 13. Esimerkki lattiaan tehtävästä läpiviennistä (EHEDG 2014: 114). Jos samasta paikasta tulee useita läpivientejä, on järkevämpää rakentaa kaikkien läpivientien ympärille yhtenäinen kehys, jotta puhdistus onnistuu helpommin. Kehyksen yläpinnan pitää olla viisto, ettei sen päälle pääse kertymään epäpuhtauksia. Kuva 14. Esimerkki lattiaan tehtävästä läpiviennistä, jos useita läpivientejä rinnakkain (EHEDG 2014: 115).
26 Kaapeleiden läpivienneissä sopiva tuote on valittava käyttötarkoituksen mukaan pölyn tai kosteuden sekä jyrsijöiden ja hyönteisten pääsyn estämiseksi tuotantotiloihin. Paloturvallisuudesta aiheutuvat vaatimukset tulee myös huomioida. (EHEDG 2014: 114 116.) Räjähdysvaarallisissa tiloissa kaapeleiden läpiviennit eivät saa heikentää laitteiden räjähdyssuojauksen rakenteellisia vaatimuksia (SFS-EN 60079-14 2009: 49). 5.2.3 Kotelointiluokat Sähköasennusten määrää tuotantoalueilla pitää pyrkiä minimoimaan, koska tilat saattavat olla märkiä, niitä puhdistetaan usein erilaisilla puhdistusaineilla ja laitteisiin kerääntyy likaa, joka voi olla riskitekijä tuotannolle. Märillä alueilla pienin sallittu kotelointiluokka on IP65, mutta on suositeltavaa käyttää IP67-luokan laitteita (EHEDG 2014: 116). Räjähdysvaaralliseen tilaan asennettavien laitteiden vaatimuksia ja soveltuvuutta tilan käyttötarkoitukseen on käsitelty luvussa 4.2.4. 5.3 Kaapelireitit 5.3.1 Asennustavat Kaapelireittien suunnittelussa tuotantoalueille on huomioitava prosessilaitteiden sijainnit ja hyvien hygieniaolosuhteiden säilyminen. Jos reittejä tarvitaan tuotantoalueella, niin tässä kappaleessa on esitetty muutamia vaihtoehtoja, miten reitit tulisi suunnitella ja asentaa: Reittejä pitää välttää alueilla, joissa ne saattavat altistua kosketukseen raakojen, puoliraakojen tai jo valmiiden tuotteiden kanssa. Jos näitä alueita käytetään, reitit pitää olla vähintään 45 asteen kulmassa vaakatasosta lian kerääntymisen välttämiseksi. Prosessilaitteet ja -linjastot kannattaa kiertää esimerkiksi sijoittamalla kaapelireitit seinien läheisyyteen. Vaakasuorien reittien minimoiminen ja pystysuorien reittien käyttäminen, koska ne ovat helpommin puhdistettavissa.